Stent-graft personalizzati con una Ender 3 V2, il metodo a basso costo dei chirurghi colombiani

Stent su misura con una stampante da banco: il metodo a basso costo dei chirurghi di Medellín

Un gruppo di chirurghi vascolari della Clínica Medellín in Colombia ha sviluppato un sistema semplice e poco costoso per personalizzare in sala operatoria gli stent-graft fenestrati usando una comune stampante 3D FDM da scrivania e un flusso di lavoro supportato da strumenti di imaging con intelligenza artificiale. L’obiettivo è ridurre errori di posizionamento delle fenestrazioni, tempi di attesa e costi, mantenendo il controllo del processo direttamente nelle mani dell’équipe chirurgica.

Perché personalizzare gli stent-graft è così complesso

Gli stent-graft endovascolari sono dispositivi tubolari rivestiti in tessuto che rinforzano tratti indeboliti dell’aorta, come nel caso degli aneurismi dell’aorta addominale. Quando l’aneurisma interessa zone vicine alle arterie che alimentano reni, fegato, stomaco e intestino, si ricorre a endoprotesi fenestrate o ramificate, con aperture dedicate a questi rami viscerali.

I produttori offrono dispositivi su misura, ma la loro realizzazione richiede settimane o mesi e comporta costi elevati. In molte strutture, soprattutto in contesti come l’America Latina, questi tempi non sono compatibili con la situazione clinica del paziente, oppure il dispositivo personalizzato non è disponibile. In questi casi il chirurgo modifica direttamente un graft commerciale “off-the-shelf”, trasformandolo in un PMEG (physician-modified endograft), praticando manualmente le fenestrazioni necessarie.

L’operazione è delicata: uno scarto di pochi millimetri nella posizione di un foro può compromettere il flusso sanguigno verso reni o intestino, con il rischio di ischemie gravi. Richiede esperienza, molto tempo per misurazioni e, di fatto, una quota di interpretazione geometrica da parte del chirurgo.

L’idea dei chirurghi di Clínica Medellín: un cilindro stampato in 3D come dima di lavoro

Il team guidato da Juan Carlos Gómez-Rodríguez, insieme a Jesús Rosso, Bárbara Dieck, Edison Peña e Andrés Cadavid, parte da un’idea lineare: invece di immaginare sul graft la posizione dei rami, realizzare un modello cilindrico in plastica, perfettamente adattato all’aorta del paziente, su cui trasferire le posizioni delle fenestrazioni.

Il flusso di lavoro è il seguente:

1. Segmentazione AI-assistita dell’aorta
   Le immagini TC del paziente vengono caricate in un software con strumenti di segmentazione assistita da algoritmi di intelligenza artificiale, che velocizza l’estrazione del volume dell’aorta e dei rami viscerali. Il gruppo utilizza un ambiente di pianificazione 3D per costruire un modello anatomico dettagliato.

2. Conversione in modello cilindrico
   Il modello dell’aorta viene “sviluppato” in una geometria cilindrica: il volume vascolare viene trasformato in una sorta di manicotto cavo con marcatori in corrispondenza dell’origine di ciascun ramo importante (arterie renali, mesenterica superiore, tronco celiaco).

3. Stampa 3D con una Creality Ender 3 V2
   Il cilindro viene stampato con una stampante FDM Creality Ender 3 V2, un modello economico con volume di stampa desktop, tramite Creality Slicer e comune filamento PLA. Il tempo di stampa rimane nell’ordine di meno di un’ora e il costo del materiale è molto basso, sfruttando una macchina dal prezzo attorno a poche centinaia di euro.

4. Sterilizzazione e utilizzo in sala operatoria
   Il modello non entra mai nel corpo del paziente, ma viene comunque sterilizzato con plasma di perossido di idrogeno a bassa temperatura, così da poter essere manipolato in prossimità del campo sterile durante la modifica del graft.

5. Marcatura del graft commerciale
   Poco prima della procedura, il chirurgo fa scorrere l’endograft commerciale sopra il cilindro stampato in PLA e trasferisce sul tessuto del dispositivo la posizione esatta di ogni fenestrazione, seguendo i marcatori stampati sul modello. Le aperture vengono quindi create e rinforzate secondo la pratica standard per i PMEG.

In questo modo, il passaggio più critico – la traduzione della geometria 3D complessa dell’aorta in posizioni precise sul graft – avviene su un modello fisico fedele, costruito con l’aiuto dell’imaging AI-assistito.

Il caso clinico: un paziente con aneurisma e precedente EVAR fallito

Nel lavoro pubblicato su rivista medica, i chirurghi descrivono l’applicazione di questo metodo su un primo paziente: un uomo di 78 anni con aneurisma dell’aorta addominale infrarenale e un precedente intervento di EVAR che non aveva dato risultati sufficienti.

Il modello cilindrico stampato in 3D ha permesso di:

• visualizzare in modo intuitivo la relazione tra sacco aneurismatico, stent preesistente e vasi viscerali;

• definire la posizione delle nuove fenestrazioni in modo più diretto rispetto al solo lavoro su ricostruzioni 3D a schermo;

• ridurre l’incertezza nel trasferimento delle misure sul graft reale.

Il caso è descritto come prova di concetto: dimostra che un team chirurgico può progettare e produrre in autonomia una dima personalizzata utilizzando hardware economico e software disponibile, integrandola in un flusso operatorio standard per stent fenestrati modificati dal medico.

Un approccio dichiaratamente low-cost e “surgeon-led”

Un aspetto centrale del lavoro è l’enfasi su:

• basso investimento iniziale: una stampante come la Creality Ender 3 V2 appartiene alla fascia entry-level, con costi di acquisto e manutenzione contenuti, ma sufficiente precisione dimensionale per questo tipo di modello;

• tempi brevi: dalla segmentazione alla stampa si parla di un singolo caso preparato in tempi compatibili con la pianificazione di un intervento programmato, con stampa in meno di un’ora e nessuna necessità di rivolgersi a service esterni;

• controllo diretto da parte dei chirurghi: non serve un laboratorio di ingegneria dedicato, perché tutto il processo – dal modello alla stampa – viene gestito dal team clinico, una caratteristica importante nelle strutture dove l’accesso a servizi di prototipazione avanzata è limitato.

Questo contrasta con altri flussi più complessi descritti in letteratura, in cui la progettazione di stent-graft personalizzati richiede software specializzati, collaborazione con ingegneri e infrastrutture industriali.

Come si inserisce questo metodo nel panorama della stampa 3D per stent e stent-graft

Il lavoro dei chirurghi di Medellín non stampa l’impianto vero e proprio, ma una dima esterna per guidare la modifica di dispositivi esistenti. Questo lo distingue da altre linee di ricerca che puntano a stent interamente stampati in 3D.

Alcuni esempi:

• Studi sulla stampa 3D di stent biodegradabili in polimeri, che analizzano tecniche come estrusione di materiale, fotopolimerizzazione e fusione di polveri per creare dispositivi riassorbibili con geometrie complesse e proprietà meccaniche controllate.

• L’uso della two-photon polymerization (2PP) per produrre micro-stent per vasi di diametro inferiore al millimetro, con strutti sottili e geometrie tridimensionali complesse, pensati per distretti vascolari difficili da trattare con gli stent convenzionali.

• Sistemi integrati per la produzione rapida di stent-graft aortici personalizzati, dove la stampa 3D viene usata per creare modelli e supporti di lavorazione e per ottimizzare design e fitting dell’impianto.

Nel caso colombiano, invece, il cuore dell’innovazione è l’uso tattico della stampa FDM economica per colmare il divario tra imaging avanzato, intelligenza artificiale e il gesto pratico di segnare un graft commerciale. Non si cambia il dispositivo approvato, si migliora il modo in cui viene modificato e personalizzato al letto del paziente.

Altri esempi di dispositivi personalizzati e ruolo delle grandi istituzioni

Questo lavoro si affianca ad altre iniziative che combinano stampa 3D e dispositivi endoluminali o di supporto anatomico:

• Alla Cleveland Clinic e alla Mayo Clinic, sono state impiantate stent tracheali personalizzati progettati e stampati su misura in casi selezionati, sfruttando percorsi regolatori dedicati per pazienti senza alternative terapeutiche adeguate.

• A Barcellona, il programma QuirofAM, insieme a CIM, GEMAT e Tractivus, ha sviluppato prototipi di stent tracheali in silicone stampati in 3D, con forte integrazione tra ospedale e centri di ricerca.

• In Australia, il centro Lab22 di CSIRO e il Medical Innovation Hub hanno dimostrato la possibilità di realizzare il primo stent in nitinol stampato in 3D mediante laser powder bed fusion, aprendo la strada a dispositivi metallici ad alta complessità geometrica.

Rispetto a questi progetti, dove intervengono grandi istituzioni e processi industriali, la soluzione della Clínica Medellín sottolinea un punto diverso: anche un team di ospedale con risorse limitate può introdurre personalizzazione strutturata, combinando software accessibili e una stampante FDM di fascia economica.

Vantaggi pratici e limiti del metodo

I potenziali vantaggi includono:

• Riduzione degli errori di allineamento delle fenestrazioni, grazie alla corrispondenza diretta tra marcatori sul manicotto e anatomia del paziente.

• Maggiore comprensibilità anatomica per l’équipe: il modello cilindrico traduce una geometria complessa in un oggetto fisico maneggiabile, utile anche in fase di briefing preoperatorio.

• Costi contenuti e riproducibilità: materiali e hardware sono facilmente reperibili, con possibilità di replicare il flusso in centri diversi senza investimenti industriali.

D’altra parte, si tratta di un singolo caso clinico, con un livello di evidenza limitato. Perché questo approccio possa essere valutato in modo robusto servono: serie di pazienti più ampie, follow-up clinico e radiologico, misure quantitative di accuratezza, confronti con altri metodi di pianificazione e analisi dei requisiti regolatori per l’uso di PMEG nei diversi sistemi sanitari.

Una possibile traiettoria evolutiva

Questo lavoro si colloca in una traiettoria in cui la stampa 3D in medicina passa:

1. dalla replica anatomica (modelli per la pianificazione e la formazione),

2. alla creazione di guide e dime chirurgiche personalizzate,

3. fino alla produzione di impianti paziente-specifici in metallo o polimero.

La proposta dei chirurghi di Clínica Medellín, pur rimanendo nel secondo livello, mostra che una buona parte del valore clinico può essere ottenuta senza entrare subito nel dominio degli impianti personalizzati complessi: sfruttando la stampa 3D come ponte tra imaging avanzato, intelligenza artificiale e gesti chirurgici pratici.